EP0011559B1 - Procédé et dispositif d'attrition en voie humide - Google Patents
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- EP0011559B1 EP0011559B1 EP79400847A EP79400847A EP0011559B1 EP 0011559 B1 EP0011559 B1 EP 0011559B1 EP 79400847 A EP79400847 A EP 79400847A EP 79400847 A EP79400847 A EP 79400847A EP 0011559 B1 EP0011559 B1 EP 0011559B1
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- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
- B03B7/00—Combinations of wet processes or apparatus with other processes or apparatus, e.g. for dressing ores or garbage
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
- B01F27/90—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with paddles or arms
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
Definitions
- the present invention relates to an attrition process which is implemented in a wet environment and which is more particularly suitable for the allocation of already ground ores. It also relates to a device for implementing this method.
- wet attrition consists in subjecting mineral grains which are dispersed in water to friction and shock whose energy is too weak to produce a grinding, but nevertheless sufficient to release the most tender fractions, these are found in the aqueous phase in the form of very fine particles: attrition not only makes it possible to separate the tender particles, but also generates new particles due to friction and interparticle shocks.
- Attrition a different technique, which is also called attrition, but this is not intended to create new particles. This is particularly the case in the glass industry where a so-called attrition technique is used for settling the sands: only separation is sought here.
- Documents FR-A-2 381 108 and FR-A-2 320 781 describe a process for the preconcentration of metalliferous products or nickel ores consisting in subjecting the starting product to gentle attrition after grinding and prior pulping, controlled attrition being obtained by simple agitation of the pulp, then to carry out at least one classification.
- An object of the present invention is to provide an attrition process which allows not only the separation of the soft fraction of the ore, but also the creation of new very fine particles.
- An object of the invention is a process of this type which results in lower energy consumption than that of known attrition processes.
- This object and this object, as well as others which will appear subsequently, are achieved by a wet attrition process of ores previously crushed to a size between 30 and 0.4 mm, put into pulp and subjected to a simple agitation in a slightly turbulent medium, characterized by the fact that the value of the Reynolds number of the medium is between 1,000 and 5,000, the agitation being carried out by means of at least one pair of agitation organs consisting of an upper stirring member and a lower stirring member whose lift coefficients are substantially constant over the entire length, the stirring members being such that the upper member induces a downward flow of pulp while the lower organ causes an upward flow of pulp, so that the two flows meet in the middle zone located between the two organs of the couple.
- the dryness of the pulp is at least equal to 50% and even greater than 70%, and is preferably between 65% and 78% .
- the present invention also relates to a device for the implementation of this method, device which comprises a tank of circular or polygonal section with at least six sides, an axial agitator provided with at least a couple of stirring members substantially horizontal, one of which is an upper agitator and the other of which is a lower agitator, an injection pipe as well as a recovery pipe, opening into the tank as close as possible to the axial agitator, characterized in that the agitating members have a substantially constant lift coefficient over their entire length, the upper and lower agitating members being such that, when the axis is rotated, the upper member induces a downward flow of pulp while that the lower organ causes an upward flow of pulp, so that the two flows meet in the median zone located between the two organs of the couple.
- agitating members have a substantially constant lift coefficient over their entire length, that is to say that the volume flow rate per surface element is constant regardless of the position of this element within the area defined by the rotating mobile.
- the ratio between the section of the tank and the surface of the circle generated by the rotation of the stirring members is between 1.7 and 2.4 and, preferably, between 1.9 and 2.1.
- the vertical distance between two stirring members of the same couple is between 0.3 and 0.7 times, and preferably between 0.4 and 0.6 times, the diameter of the circle generated by the rotation of these members .
- the vertical distance between the lower stirring member of a couple and the bottom of the tank is substantially equal to a quarter of the diameter of the circle generated by the rotation of these stirring members.
- the distance between the upper member of a pair and the top of the tank it is advantageously substantially equal to half the diameter of the circle generated by the rotation of these stirring members.
- each stirring member consists of three horizontal blades mounted at 120 ° from each other.
- the device according to the present invention comprises a cylindrical tank 1 provided with an axial agitator 2 comprising an axis 5 on which is mounted a pair of agitating members 3 and 4 which are substantially horizontal.
- the tank has a ratio between its height and its diameter of between 0.7 and 1.5, and preferably between 0.9 and 1.2.
- the polyhedral tank has 10 to 12 sides.
- Particularly suitable stirring members are those whose lift coefficient is constant over their entire length, and which induce identical average speeds of flow through the pulp flow whatever the position of this flow on the stirring member. Such a structure thus makes it possible to minimize the turbulence which is not necessary to achieve attrition and which entails an unnecessary consumption of energy.
- the stirring members 3 and 4 each consist of three blades, 3a, 3b, 3c and 4a, 4b, 4c, respectively, which are mounted at 120 °, as shown in Figure 2.
- These stirring members can be arranged so that the axis of the blade 3a is in the same vertical plane as that, for example, of the blade 4a.
- the ratio between the free surface of the tank 1 and the surface described by the blades is between 1.7 and 2.4, and preferably between 1.9 and 2.1. According to an advantageous embodiment, this ratio is equal to 2.
- the diameter of the inscribed circle must be taken into account.
- the vertical distance between the two stirring members 3 and 4 is between 0.3 and 0.7 times, preferably between 0.4 and 0.6 times the diameter of the circle that they generate during their rotation.
- the vertical distance between the bottom 7 of the tank 1 and the lower stirring member, indicated by the reference 4 in Figure 1, is equal to about half the diameter of the circle generated by the stirring members in rotation.
- This bottom 7 can be flat or concavity directed upwards, which improves the circulation of the pulp in the tank.
- a garnieritic nickel ore is introduced through a conduit 6 which opens at the center of the bottom 7 of the tank 1.
- the dryness of this pulp that is to say the percentage of dry matter thereof, must be at least equal to 50% and even be greater than 70% as far as possible.
- the ore itself it must have an optimal particle size for the type of ore treated: thus, a particle size distribution such that 80% of the particles pass through a sieve whose meshes have a size between 250 microns and 3 millimeters is considered satisfactory in this case.
- the pulp is propelled, on the one hand, upwards by the lower member 4, and, on the other hand, downwards by the upper member 3: therefore, the mineral particles meet and collide with each other. against each other in an area located approximately halfway between the two stirring members 3 and 4.
- the treated pulp is collected by a conduit 8 which opens in the center of the cover 9 of the tank 1. We can then either introduce it into another tank to undergo a new attrition cycle, or direct it towards other facilities.
- the pulp flows by overflow along a cone 10 which covers the tank 1 and is collected in a gutter 11 located around the upper part of this tank.
- the pipe 8 can be used to introduce the pulp into the tank 1, the treated pulp then flowing through the pipe 6 under the effect of the forces of gravity.
- the pulp has to undergo another attrition cycle, this can take place in an independent tank. dante. However, this additional cycle can also be carried out in a second tank superimposed on the first, as shown in FIG. 3, the pulp circulating in an ascending manner.
- the first attrition tank is designated by C and by C 'this upper tank.
- the assembly has a ratio between the total height and the diameter of between 1.2 and 3, and preferably between 1.8 and 2.4.
- a partition 12 in the center of which opens downward a cylindrical conduit 13 possibly provided with baffles which surrounds without contact the rotary axis 5.
- This conduit 13 which is located in the space of the tank C, allows the pulp to pass from this tank C to the tank C '.
- the length of this cylindrical conduit 13 is such that it enters the vortex created by agitation in the tank C.
- the tank C ′ also comprises a pair of stirring members 15 and 16 identical to that of the cell C.
- the elements similar to those of FIG. 1 have the same reference.
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Description
- La présente invention concerne un procédé d'attrition qui est mis en oeuvre en milieu humide et qui est plus particulièrement adapté à l'attribution de minerais déjà broyés. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
- L'attrition par voie humide consiste à soumettre des grains minéraux qui sont dispersés dans de l'eau à des frottements et à des chocs dont l'énergie est trop faible pour produire un broyage, mais cependant suffisante pour libérer les fractions les plus tendres, celles-ci se retrouvant dans la phase aqueuse sous forme de particules très fines : l'attrition, non seulement permet de séparer les particules tendres, mais également engendre de nouvelles particules du fait des frottements et des chocs interparticulaires.
- Certaines industries mettent en oeuvre, actuellement, une technique différente, qui est aussi appelée attrition, mais celle-ci ne vise nullement à la création de nouvelles particules. C'est notamment le cas dans l'industrie de la verrerie où l'on utilise une technique dite d'attrition pour le débourbage des sables : seule une séparation est ici recherchée.
- De plus, ces techniques improprement dites d'attrition ne donnent pas de résultats satisfaisants quand on veut traiter des matériaux comme par exemple un minerai de nickel. En outre, elles sont grandes consommatrices d'énergie. Ainsi dans le cas de l'attrition de produits métallifères, par exemple d'un minerai garniéritique de nickel, l'application de ces techniques connues entraîne une dépense de 80 kilowatts par tonne de minerai traité pour obtenir un rendement de 30 % en poids de particules créées par l'attrition.
- Les documents FR-A-2 381 108 et FR-A-2 320 781 décrivent un procédé de préconcentration de produits métallifères ou de minerais nickélifères consistant a soumettre le produit de départ à une attrition ménagée après broyage et mise en pulpe préalable, l'attrition ménagée étant obtenue par simple agitation de la pulpe, puis à procéder à au moins un classement.
- Un but de la présente invention est de fournir un procédé d'attrition qui permet, non seulement la séparation de la fraction tendre du minerai, mais aussi la création de nouvelles particules très fines.
- Un objet de l'invention est un procédé de ce type qui entraîne une consommation énergétique inférieure à celle des procédés d'attrition connus.
- Ce but et cet objet, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un procédé d'attrition humide de minerais préalablement broyés à une dimension comprise entre 30 et 0,4 mm, mis en pulpe et soumis à une simple agitation en milieu peu turbulent, caractérisé par lé fait que la valeur du nombre de Reynolds du milieu est comprise entre 1 000 et 5 000, l'agitation étant réalisée au moyen d'au moins un couple d'organes d'agitation constitué d'un organe d'agitation supérieur et d'un organe d'agitation inférieur dont les coefficients de portance sont sensiblement constants sur toute la longueur, les organes d'agitation étant tels que l'organe supérieur induit un flux de pulpe vers le bas tandis que l'organe inférieur provoque un flux de pulpe vers le haut, de manière que les deux flux se rencontrent dans la zone médiane située entre les deux organes du couple.
-
- U = vitesse de rotation du mobile, t/mn ;
- d = diamètre du mobile, cm ;
- p = densité de la pulpe, gm/cm3 ; et
- µ = viscosité de la pulpe, centipoise.
- Avantageusement, la siccité de la pulpe, c'est-à-dire le pourcentage de matière sèche de celle-ci, est au moins égale à 50 % et même supérieure à 70 %, et est de préférence comprise entre 65 % et 78%.
- La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, dispositif qui comprend une cuve de section circulaire ou polygonale à au moins six côtés, un agitateur axial muni d'au moins un couple d'organes d'agitation sensiblement horizontaux dont l'un est un agitateur supérieur et l'autre un agitateur inférieur, une conduite d'injection ainsi qu'une conduite de récupération, débouchant dans la cuve au plus près de l'agitateur axial, caractérisé par le fait que les organes d'agitation ont un coefficient de portance sensiblement constant sur toute leur longueur, les organes d'agitation supérieur et inférieur étant tels que, lorsque l'axe est mis en rotation, l'organe supérieur induit un flux de pulpe vers le bas tandis que l'organe inférieur provoque un flux de pulpe vers le haut, de manière que les deux flux se rencontrent dans la zone médiane située entre les deux organes du couple.
- Ces organes d'agitation ont un coefficient de portance sensiblement constant sur toute leur longueur, c'est-à-dire que le débit volumique par élément de surface est constant quelle que soit la position de cet élément à l'intérieur de l'aire définie par le mobile en rotation.
- Le rapport entre la section de la cuve et la surface du cercle engendré par la rotation des organes d'agitation est compris entre 1,7 et 2,4 et, de préférence, entre 1,9 et 2,1.
- La distance verticale entre deux organes d'agitation d'un même couple est comprise entre 0,3 et 0,7 fois, et de préférence entre 0,4 et 0,6 fois, le diamètre du cercle engendré par la rotation de ces organes.
- De préférence, la distance verticale entre l'organe d'agitation inférieur d'un couple et le fond de la cuve est sensiblement égale au quart du diamètre du cercle engendré par la rotation de ces organes d'agitation.
- Quant à la distance entre l'organe supérieur d'un couple et le sommet de la cuve, elle est, avantageusement, sensiblement égale à la moitié du diamètre du cercle engendré par la rotation de ces organes d'agitation.
- Selon un mode de réalisation préféré, chaque organe d'agitation est constitué par trois pales horizontales montées à 120° les unes des autres.
- La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 représente, en coupe longitudinale, un dispositif selon l'invention ;
- la figure 2 représente ce même dispositif en coupe transversale selon la ligne AA de la figure 1 ;
- la figure 3 montre, en coupe longitudinale, comment deux dispositifs selon l'invention peuvent être disposés.
- Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, le dispositif selon la présente invention comprend une cuve cylindrique 1 munie d'un agitateur axial 2 comportant un axe 5 sur lequel est monté un couple d'organes d'agitation 3 et 4 qui sont sensiblement horizontaux. La cuve présente un rapport entre sa hauteur et son diamètre compris entre 0,7 et 1,5, et de préférence entre 0,9 et 1,2.
- Au lieu d'une cuve cylindrique, on peut utiliser une cuve polyédrique dont le nombre de faces doit être supérieur ou égal à six. De préférence, la cuve polyédrique possède de 10 à 12 côtés.
- Des organes d'agitation convenant particulièrement sont ceux dont le coefficient de portance est constant sur toute leur longueur, et qui induisent des vitesses moyennes de traversée du flux de pulpe identiques quelle que soit la position de ce flux sur l'organe d'agitation. Une telle structure permet ainsi de minimiser les turbulences qui ne sont pas nécessaires pour réaliser l'attrition et qui entraînent une consommation superflue d'énergie.
- Selon ce mode de réalisation, les organes d'agitation 3 et 4 sont chacun constitués de trois pales, 3a, 3b, 3c et 4a, 4b, 4c, respectivement, qui sont montées à 120°, comme représenté sur la figure 2. Ces organes d'agitation peuvent être disposés de telle sorte que l'axe de la pale 3a soit dans le même plan vertical que celui, par exemple, de la pale 4a.
- Comme exemple de telles pales, on peut citer celles fabriquées et commercialisées par la firme S.E.M. (Société Européenne de Mélanges) sous la dénomination commerciale « SABRE ».
- Lorsque l'axe 5 est en rotation, le rapport entre la surface libre de la cuve 1 et la surface décrite par les pales est compris entre 1,7 et 2,4, et préférentiellement entre 1,9 et 2,1. Selon un mode de réalisation avantageux, ce rapport est égal à 2.
- Si la cuve est polyédrique, il faut prendre en considération le diamètre du cercle inscrit.
- La distance verticale entre les deux organes d'agitation 3 et 4 est comprise entre 0,3 et 0,7 fois, de préférence entre 0,4 et 0,6 fois le diamètre du cercle qu'ils engendrent lors de leur rotation.
- La distance verticale entre le fond 7 de la cuve 1 et l'organe d'agitation inférieur, indiqué par le repère 4 sur la figure 1, est égale à environ la moitié du diamètre du cercle engendré par les organes d'agitation en rotation. Ce fond 7 peut être plan ou à concavité dirigée vers le haut, ce qui améliore la circulation de la pulpe dans la cuve.
- Quant à la distance verticale entre l'organe d'agitation supérieur 3 et le couvercle 9 de la cuve 1, elle est sensiblement égale à celle existant entre les deux organes d'agitation 3 et 4.
- En fonctionnement, on introduit un minerai garniéritique de nickel par un conduit 6 qui débouche au centre du fond 7 de la cuve 1. La siccité de cette pulpe, c'est-à-dire le pourcentage de matière sèche de celle-ci, doit être au moins égale à 50 % et être même supérieure à 70 % dans la mesure du possible. Quant au minerai lui- même, il doit présenter une granulométrie optimale pour le type de minerai traité : ainsi, une distribution granulométrique telle que 80% des particules passent à travers un tamis dont les mailles ont une taille comprise entre 250 microns and 3 millimètres est jugée satisfaisante dans ce cas.
- La pulpe est propulsée, d'une part, vers le haut par l'organe inférieur 4, et, d'autre part, vers le bas par l'organe supérieur 3: de ce fait, les particules minérales se rencontrent et se heurtent les unes contre les autres dans une zone située environ à mi-distance entre les deux organes d'agitation 3 et 4.
- On recueille la pulpe traitée par un conduit 8 qui s'ouvre au centre du couvercle 9 de la cuve 1. On peut alors, soit l'introduire dans une autre cuve pour subir un nouveau cycle d'attrition, soit la diriger vers d'autres installations.
- Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la pulpe s'écoule par débordement le long d'un cône 10 qui coiffe la cuve 1 et est recueillie dans une gouttière 11 située autour de la partie supérieure de cette cuve.
- On peut également pomper la pulpe traitée à l'aide d'un conduit débouchant dans la cuve aussi près que possible de l'axe de rotation 5.
- Le conduit 8 peut être utilisé pour introduire la pulpe dans la cuve 1, la pulpe traitée s'écoulant alors par la conduite 6 sous l'effet des forces de gravité.
- Ainsi, dans le cas d'un minerai garniéritique de nickel, et en utilisant une cuve de 5 m3, on a obtenu un rendement d'attrition de l'ordre de 30 % avec une consommation de puissance de 15 kilowatts par tonne de minerai traité, alors que les dispositifs d'attrition connus entraînent une consommation de l'ordre de 80 kilowatts par tonne de minerai traité.
- Comme il a été dit précédemment, dans le cas où la pulpe doit subir un autre cycle d'attrition, celui-ci peut avoir lieu dans une cuve indépendante. Mais ce cycle supplémentaire peut également être réalisé dans une seconde cuve superposée à la première, comme représenté sur la figure 3, la pulpe circulant de façon ascendante. On a désigné par C la première cuve d'attrition et par C' cette cuve supérieure. L'ensemble présente un rapport entre la hauteur totale et le diamètre compris entre 1,2 et 3, et de préférence entre 1,8 et 2,4.
- Entre les deux cuves d'attrition C et C' est disposée une cloison 12 au centre de laquelle s'ouvre vers le bas un conduit cylindrique 13 éventuellement muni de chicanes qui entoure sans contact l'axe rotatif 5. Ce conduit 13, qui est situé dans l'espace de la cuve C, permet de faire passer la pulpe de cette cuve C à la cuve C'. La longueur de ce conduit cylindrique 13 est telle qu'il pénètre dans le vortex créé par l'agitation dans la cuve C.
- La cuve C' comprend également un couple d'organes d'agitation 15 et 16 identiques à celui de la cellule C. Sur la figure 3, les éléments analogues à ceux de la figure 1 portent la même référence.
- Les distances verticales entre l'organe d'agitation supérieur 3 et la cloison 12 d'une part, et entre la cloison 12 et l'organe d'agitation inférieur 15 d'autre part, sont identiques à celles décrites dans le cas de la cuve unique représentée sur la figure 1.
- A la suite d'une étude expérimentale, le résultat empirique suivant a pu être dégagé : lorsqu'un minerai est finement broyé, c'est-à-dire que les grains ont un diamètre inférieur à un millimètre, et lorsque la quantité et la nature des fines produites au cours de l'attrition entraînent une élévation importante de la viscosité des pulpes, celles-ci présentant un comportement rhéologique de caractère pseudo-plastique, il est opportun d'induire une circulation particulière, telle que décrite plus haut, pour de telles pulpes si l'on veut qu'une partie importante du produit à attri- tionner circule au travers des organes d'agitation et ne soit pas alors éliminée par débordement : ce qui aurait pour conséquence de diminuer notablement le rendement d'attrition.
- C'est pourquoi dans le cas du minerai de nickel cité plus haut comme exemple, il est nécessaire que les conduits d'introduction et de récupération soient situés au plus près de l'agitateur axial.
- Les spécialistes en la matière comprendront que le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de réaliser notamment la préconcentration des minerais nickélifères oxydés d'origine latéritique, comme décrit dans le brevet français n° 2320781, ou la préconcentration de produits métallifères, comme décrit dans le brevet français n° 2381 108.
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